陳永金 ，劉加珍，陳亞寧，李新功，朱海勇

(1.聊城大學環(huán)境與規(guī)劃學院，聊城 252059;2.荒漠與綠洲生態(tài)國家重點實驗室，新疆生態(tài)與地理研究所，烏魯木齊 830011)

物種多樣性是一個地區(qū)生態(tài)系統(tǒng)健康穩(wěn)定的基礎［1］，反映某一群落內物種與物種、物種與環(huán)境之間的相互關系。物種多樣性測定主要有3個空間尺度:α多樣性、β多樣性指數、γ多樣性［2-5］。α多樣性主要關注局域均勻生境下的物種數目，因此也被稱為生境內的多樣性。α多樣性的度量有物種豐富度指數如Margalef指數、Patrick指數等，均勻度指數如Peilou指數等，多樣性指數如Shannon-Weiner指數、Simpson指數等。β多樣性指數則是指物種多樣性時空維的變化程度。物種多樣性的變化受諸多因素的影響［6-8］，在干旱區(qū)主要受水分及鹽分的影響［9-17］。

干旱內陸河流域由于自然變化與人為活動的干擾，水資源時空配置異化，帶來河流下游荒漠河岸林生態(tài)系統(tǒng)的退化。塔里木河下游應急生態(tài)輸水對挽救瀕臨死亡的胡楊檉柳林起到雪中送炭的效果(輸水相關信息見表1)。學者對塔里木河下游輸水條件下地下水位水質變化以及植被生理生態(tài)響應等進行了大量研究，發(fā)現了地下水質隨地下水位的變化而成升—降—升階段性變化的特點［18-21］、生態(tài)輸水使沿河兩岸的植物得到了復壯，胡楊、檉柳等植物體內的脯胺酸、SOD和水勢等生理指標都對地下水位的變化有明顯響應［22-27］，隨著輸水的進行群落物種多樣性有顯著變化，地下水位變化是影響物種多樣性的最關鍵環(huán)境因子［28-37］、土壤水鹽與養(yǎng)分狀況對物種多樣性也有直接影響［38-39］。而對于輸水間歇地下水位、水質變化及其對物種多樣性影響的研究更為少見。本文利用2006年和2010年塔里木河下游地下水埋深、地下水質和植物樣地調查資料，分析從2006年到2010年的輸水間歇地下水位、水質和物種多樣性的變化，研究分析經過連續(xù)輸水后塔里木河下游荒漠河岸林生態(tài)系統(tǒng)自維持能力，探討輸水條件下基于物種多樣性的合理生態(tài)地下水位和脅迫水位，為下游地區(qū)物種多樣性的恢復提供科學參考，為干旱內陸河流域的水資源管理和生態(tài)保護提供科學依據。

1 研究區(qū)概況

塔里木河全長1321 km，是我國最長，也是世界著名的內陸河。其上游為肖夾克至英巴扎段，中游為英巴扎至卡拉水庫段，下游為卡拉水庫至臺特瑪湖。研究區(qū)屬于典型的暖溫帶大陸性干旱氣候區(qū)［21］，根據鐵干里克氣象站的觀測資料，年均氣溫10.5℃，平均年降水量17.4—42.0 mm，年潛在蒸發(fā)量2500—3000 mm，沙塵暴日數8.2 d，風沙危害嚴重。由于多年斷流，地下水位大都下降到8—12 m，地下水含鹽量及礦化度都很高。植物區(qū)系包括亞洲中部成分、中亞成分、古地中海成分和少量泛熱帶成分［21］，主要植物有胡楊(Populus euphratica)，檉柳(Tamarix ramosissima)、黑刺(Lycium ruthenicum)、鈴鐺刺 (Halimodendron halodendron)、蘆葦(Phragmites communis)、疏葉駱駝刺(Alhagi sparsifolia)、大花羅布麻(Apocynum venetum)、花花柴(Karelinia caspica)、脹果甘草(Glycyrrhiza inflata)等。

表1 塔里木河下游歷次輸水信息統(tǒng)計Table 1 Basic information of water delivery at the lower reaches of the Tarim River

2 數據采集與分析

2.1 數據采集

沿輸水河道設置了9個監(jiān)測斷面，分別是阿克墩斷面(A)、亞合甫馬罕斷面(B)、英蘇斷面(C)、阿布達勒斷面(D)、喀爾達伊斷面(E)、圖格買萊斷面(F)、阿拉干斷面(G)、依干布及麻斷面(H)以及考干斷面(I)(圖1)，用于監(jiān)測生態(tài)輸水后地下水位，水質的響應，在每個監(jiān)測斷面分別設置了3—8眼監(jiān)測井，共計40眼監(jiān)測井。對每眼監(jiān)測井進行定期的地下水埋深和地下水采樣測定，其測定方法為導線法，同進采集地下水水樣，水樣采集后當場密封，送入實驗室進行化學分析，內容包括:礦化度、pH值、總堿度、總硬度、電導率、等 13 項指標。同時，在每個斷面每一監(jiān)測井附近設置了植物調查樣地，調查時間在7月底到8月初。因各斷面植被長勢不同，設置樣地的大小有所差異，其中，5 m×5 m的樣地布設于草本群落的段面;30 m×30 m的樣地布設在植被生長稀疏或基本無草本植物的段面，以15 m為間隔設置4個15 m×15 m的喬灌木樣方;50 m×50 m的樣地布設在喬、灌、草植被都占一定比例的段面，以25 m為間隔設置4個25 m×25 m的喬灌木樣方，樣方內設置5 m×5 m的草本樣方，樣地選定后用GPS定位，用木樁做固定標志。調查內容為植物種類組成、植被蓋度、個體數目、株高、冠幅、喬木胸徑等指標。

圖1 塔里木河下游植物樣地與地下水監(jiān)測井布設示意圖Fig.1 Distributions of transects and investigating sections in the lower reaches of the Tarim River

2.2 數據處理分析

2.2.1 多樣性指標

本文相應選取了反應物種豐富度的Margalef指數;反映物種均勻度Pielou指數;以信息公式表示多樣性的Shannon-Wiener指數;以及綜合反映物種豐富度和均勻度的修正的Simpson指數。根據植物群落數量特征的樣方調查結果，分別計算各個物種的重要值Pi，計算公式見文獻［40］

因重要值考慮了頻度、蓋度、個體數及生物量等參數，從而避免了以單一的個體數來測度物種多樣性指標導致的偏差，故以重要值作為物種多樣性的測度依據，計算出樣地植被的多樣性指數，具體計算公式見文獻［40］。

為了研究物種多樣性隨時間的變化，采用β多樣性指數中的Cody指數(β):

式中，g(H)是沿生境梯度(或時間跨度)增加的物種數目;I(H)是沿生境梯度(或時間跨度)失去的物種數目，即在上一個梯度中存在的而在下一個梯度中沒有的物種數目.在空間維上得到的β值稱為物種替代速率［42］，時間維上得到的β值稱為物種恢復或消亡速率［2，43］。為了更好地體現植物物種的增加或減少，我們對β多樣性指數計算公式進行修正，使g(H)取正值，I(H)取負值，以直觀地從β值上觀察到植物物種多樣性的變化方向。修正后的公式為:

2.2.2 排序方法

冗余分析(RDA)是一種直接梯度分析方法，能從統(tǒng)計學的角度來評價一個或一組變量與另一組多變量數據之間的關系。本文選擇2006年與2010年塔里木河下游29個樣地的物種多樣性、豐富度與均勻度指標，及相應井位點的地下水礦化度、電導率、酸堿度、總堿度、總硬度與地下水位6個環(huán)境因子指標進行分析。每一年的分析采用了2個數據文件，即物種多樣性數據文件與環(huán)境因子數據文件，用DCA估計排序軸梯度長度(LGA)，結果表明排序軸最大的梯度長度2006年為0.992，2010年為1.344均小于4，表明數據文件均具有較好的線性，即多樣性對生態(tài)梯度的響應是線性的。數據處理過程中對物種經過了中心化和標準化處理，樣方沒有中心化，用499次的蒙特卡羅檢驗來考察，整個分析過程在Canoco4.5軟件中完成。

3 結果與分析

3.1 α多樣性變化

2006年Marglef指數在7.734—1.09之間，2010年下降為1.24—0.25之間，下降幅度最大的斷面是亞合甫馬罕斷面，隨著距離輸水源頭大西海子水庫距離的增加下降幅度呈減小趨勢(圖2)。

塔里木河下游河道的斷流時間從阿克墩斷面到考干斷面逐漸遞增，地下水埋深也從阿克墩斷面到考干斷面逐漸增加。2000年開始的生態(tài)輸水受益最大的是距離大西海子水庫較近的監(jiān)測斷面，亞合甫馬罕斷面2006年地下水埋深在3 m左右，這為淺根系草本植物物種的生長提供了條件，該斷面物種數達13個;輸水停止后，地下水埋深不斷增加，不少草本植物因根系無法獲取充足的水分而枯死。2010年，亞合甫馬罕斷面物種數僅有7個，接近一半的物種消失。

Patrick指數從2006年到2010年在下游各斷面以下降為主，其中下降幅度最大的是亞合甫馬罕斷面:2006年該斷面各樣地平均物種數為9.5，2010年則為5.5，下降幅度達42%。只有阿拉干斷面豐富度呈增加變化，而阿克墩、阿布達勒、喀爾達伊以及依干布及麻斷面豐富度變化幅度較小(圖2)。

種的均勻度是反映群落各物種個體數目分配的均勻程度的一項指標。與2006年相比，2010年下游各斷面Pielou指數有的增加，有的降低，還有的基本未變。但下降斷面的下降幅度遠小于上升的幅度，因此，從總體看物種均勻度指數以上升為主。一個區(qū)域物種多樣性下降，其均勻度就高，這從一個側面揭示了物種多樣性的降低 (圖2)。

圖2 塔里木河下游輸水停止前后物種多樣性的變化Fig.2 Variations in vegetation diversity between 2006—2010

多樣性指數是豐富度和均勻性的綜合指標。2006年下游9個斷面物種Shannon-Weiner指數在0.5876—1.6233之間，2010年Shannon-Weiner指數在0.5696—1.4368之間，物種多樣性整體表現出下降趨勢。不論是2006年還是2010年塔里木河下游9個監(jiān)測斷面中處于上段斷面Shannon-Weiner指數都比下段高;從年度變化看，2010年Shannon-Weiner指數低于2006年:英蘇斷面2006年Shannon-Weiner指數是1.247，2010年則變成了0.570，下降幅度達54%;考干斷面，Shannon-Weiner指數從0.83降至0.57，下降幅度大于30%。與多數斷面不同的是阿克墩和阿拉干斷面，這兩個斷面的Shannon-Weiner指數呈上升變化的特點(圖2)。

2006年到2010年，塔里木河下游物種多樣性Simpson指數的變化與Shannon-Weiner指數一樣，以下降為主:2006年下游各斷面Simpson指數在0.3629—0.7225之間，2010年變成0.2945—0.7022之間。從整個下游斷面看，Simpson指數的下降有隨著距離尾閭端越近，幅度越大的特點:阿克墩斷面是增加的，亞合甫馬罕斷面下降0.03，阿布達勒斷面下降0.2，依干布及麻斷面下降0.06，圖格買萊斷面下降0.09，考干斷面下降0.22。與Shannon-Weiner指數的變化特點相似，阿克敦斷面和阿拉干斷面Simpson指數也是呈增加變化:阿克墩斷面Simpson指數2006年為0.47544，2010年增長至0.63216，增長幅度為33%;阿拉干斷面2006年Simpson指數是0.3629，2010年變?yōu)?.478894，增長幅度為31.96%，略低于阿克墩斷面(圖2)。

圖3 塔里木河下游輸水停止前后物種多樣性Cody指數的變化Fig.3 Variations in Cody index between 2006—2010 at the lower Tarim River

3.2 β多樣性的變化

圖3是塔里木河下游2006年至2010年間物種多樣性β指數的變化，從圖上可行看出，在下游9個監(jiān)測斷面中，除第1個斷面(A阿克墩斷面)和第7個斷面(G阿拉干斷面)物種呈增加變化外，其它斷面都以減小或不變?yōu)橹?，而且，?個斷面的物種呈減小變化，變化值在-0.5到-3之間。說明在間歇性輸水停止后，物種多樣性逐漸下降，塔里木河下游的生態(tài)系統(tǒng)尚處于不穩(wěn)定狀態(tài)。

3.3 物種多樣性變化與水因子之間的關系

3.3.1 水鹽環(huán)境因子的變化

比較2006年和2010年塔里木河下游代表性監(jiān)測井地下水埋深變化情況，可以看出，輸水停止后幾乎所有的監(jiān)測井地下水埋深都呈增加變化，即，地下水位是下降的。單因素方差分析結果表明，2010年和2006年塔里木河下游各監(jiān)測井地下水埋深差異顯著。2010年整個下游地下水平均埋深遠離大西海子水庫的斷面水位下降幅度大，但考干斷面地下水埋深不增反減，這可能是地下水從地勢較高處下低洼方向運動的運動規(guī)律所使然。從垂直河道方向看，距離輸水河道越近，地下水埋深變化幅度越大，喀爾達伊斷面和阿拉干斷面距離河道最遠的監(jiān)測井水位都呈小幅度上升。

圖4是塔里木河下游各生態(tài)監(jiān)測斷面代表性監(jiān)測井2006年與2010年地下水埋深變化圖，從圖上可以看出，除個別遠離輸水河道和遠離大西海子水庫斷面的監(jiān)測井地下水埋深有所減小外，絕大多數的監(jiān)測井地下水埋深隨著時間的變化而增大。統(tǒng)計結果表明，2006年塔里木河下游各監(jiān)測井地下水平均埋深是5.33 m，2010年是6.5 m，平均埋深增加了1.17 m。雖然2010年的最大埋深9.52 m比2006年的10.83 m有所減小，但最小埋深卻增加了1.02 m(表2)。

圖4 塔里木河下游2006—2010年地下水埋深與地下水礦化度的變化Fig.4 Variations in depth and TDS of groundwater during 2006—2010 at the lower Tarim River

表2 塔里木河下游2006年與2010年地下水埋深的統(tǒng)計分析Table 2 Statistics of groundwater depths in 2006 and 2010

輸水停止后，河道兩側地下水礦化度有所增加，但增加幅度很小(圖4)。從2006年與2010年各監(jiān)測井地下水礦化度含量曲線幾乎看不出明顯的變化.統(tǒng)計結果表明，2010年各監(jiān)測井地下水礦化度平均含量比2006年僅增加0.168 g/L(表3)。

3.3.2 物種多樣性與地下水質、埋深關系分析

(1)非參數相關分析

把2006年塔里木河下游物種多樣性與地下水埋深、地下水質進行非參數Spearman相關性分析，結果表明Shannon-Weiner指數，Margalef指數和Patrick指數和覆蓋度與地下水礦化度都表現為顯著相關，物種多樣性與地下水埋深相關性都不顯著(表4)。

表3 塔里木河下游2006年與2010年地下水礦化度的統(tǒng)計分析Table 3 Statistics of total dissolved solids in groundwater depths in 2006 and 2010

表4 2006塔里木河下游物種多樣性與地下水埋深和礦化度相關性分析Table 4 Nonparametric correlations between species diversity and depth and TDS in groundwater of the year 2006

2010年物種多樣性Shannon-Weiner指數、Patrick指數都與地下水埋深顯著相關，與地下水礦化度相關性不顯著(表5)。

表5 2010塔里木河下游物種多樣性與地下水埋深和礦化度相關性分析Table 5 Nonparametric correlations between species diversity and depth and TDS in groundwater of the year 2010

比較2006年和2010年物種多樣性與地下水埋深與地下水質相關性可以這樣推測:2006年地下水埋深基本能滿足植物生長的需要，這時候，水質就成為植物進一步向良化發(fā)展的限制因子，2010年的地下水礦化度比2006年有所增加，但埋深下降幅度更大，多數草本植物都無法繼續(xù)生存，地下水位成為下游地區(qū)植物生長的制約因子。

(2)排序分析

2006年物種多樣性與環(huán)境因子的排序結果如圖5所示，圖中，空心圓點表示樣地，空心箭頭射線分別代表物種多樣性、豐富度與均勻度的變化趨勢，環(huán)境因子用帶實心箭頭的線段表示，連線的長短表示樣地、植物種類分布與該環(huán)境因子關系的大小，箭頭連線方向與排序軸的夾角表示該環(huán)境因子與排序軸相關性的大小，箭頭所指的方向表示該環(huán)境變量值的增大趨勢。分析時，可以做出某一樣點到環(huán)境因子射線(或多樣性射線)的垂直投影點，垂直投影點與環(huán)境因子實心箭頭(或多樣性空心箭頭)越近，表示該種樣點與該類生境因子的正相關性越大(或表示該樣方中物種的多度值越大)?？招纳渚€與實心射線夾角的余玄值代表多樣性與環(huán)境因子變量的相關性大小。

圖5 2006年塔里木河下游物種多樣性與環(huán)境因子的RDA排序圖Fig.5 The graph of RDA ordination for diversity in the lower reaches of Tarim River in 2006

圖中樣點與環(huán)境因子箭頭共同反映出物種多樣性沿每一環(huán)境因子梯度的變化特征，約束性排序軸(第一排序軸)、第二排序軸、第三排序軸的特征值分別為0.420，0.284和0.035。第一排序軸與pH值與地下水埋深呈正相關(0.4140，0.1372)與其它4個因呈負相關，第二排序軸與礦化度、電導率、總硬度呈較強正相關(0.6257，0.5966，0.5901)，與其它4個因子相關性較小。第一軸可以反映地下水的酸堿性，第二軸可以代表地下水鹽分狀況。較高的地下水位在強烈蒸發(fā)作用下，往往導致鹽分含量因蒸發(fā)濃縮而升高，不利于對高鹽分含量耐受性低的物種的生長。樣地A2，B3，E5，F3位于第一象限內，這些樣地的礦化度較高。在第二象限出現的樣地有C7、C8與D2、C4、E2，這些樣地的多樣性指數變化在1.02—1.19之間，依次分布于高礦化度與礦化度居中區(qū)，其余大部分樣地分布在第三、第四象限，趨向于低礦化度方向分布。

根據地下水中鹽度因子對物種多樣性的分布影響可把這些樣地分為3個大區(qū):第一大區(qū)是高礦化度區(qū)，此區(qū)域分布兩種類型的樣地即高多樣性低豐富度(組Ⅰ)與高多樣性高豐富度組(組Ⅱ)，除A2、D1外此區(qū)域樣地大部分分布在遠河道處。第二大區(qū)為中礦化度區(qū)，此區(qū)域包括高多樣性高豐富度(組Ⅲ)與低多樣性低豐富度組(組Ⅳ)兩個類型，除H3、B4外此區(qū)域的樣地大部分分布在近河道或中距離處。第三大區(qū)為高礦化度區(qū)，此區(qū)域包括低多樣性高豐富度(組Ⅴ)與低多樣性低豐富度組(組Ⅵ)。

圖6是2010年物種多樣性與環(huán)境因子的排序結果，圖中第一排序軸、第二排序軸、第三排序軸的特征值分別為0.569，0.268和0.007。第一排序軸與總硬度、礦化度、電導率呈正相關，相關系數依次為0.9054、0.8864、0.6992，與其它3個因子相關性較小，第二排序軸與地下水埋深呈較強正相關(0.3551)，而與總堿度呈負相關(0.3216)，與其它因子相關性較小。第一軸可以代表地下水鹽度，第二可以看成地下水埋深軸。物種多樣性射線與礦化度呈正相關性，而與地下水位呈明顯負相關。物種豐富度指標與地下水埋深、礦化度均呈明顯負相關。豐富度指數與地下水的酸堿性呈較大正相關。樣地G1、D1、F1、A2、B2等位于第一象限內，這些樣地的地下水埋深較淺，樣地分布于近河道處，物種多樣性接近均值，但物種豐富度較大。在第二象限出現樣地C7、C8，與2006年相同，此樣地的多樣性指數較高但豐富度較低，地下水位較高。其余大部分樣地分布在第三、第四象限，趨向于地下水埋深較大的方向分布。

圖6 2010年塔里木河下游物種多樣性與環(huán)境因子的RDA排序圖Fig.6 The graph of RDA ordination for diversity in the lower reaches of Tarim River in 2010

根據地下水埋深對物種多樣性分布的影響可把2010年樣地分為3個大區(qū):第一大區(qū)是高水位區(qū)，此區(qū)域的樣地群落為高多樣性高豐富度(組Ⅰ)，分布于近河道處。第二大區(qū)為中水位區(qū)，此區(qū)域包括低多樣性中豐富度(組Ⅱ)與高多樣性低豐富度組(組Ⅴ)兩個類型，其中組Ⅴ的樣地分布在遠河道處，組Ⅱ的樣地大部分分布在近河道或中距離處。第三大區(qū)為高水位區(qū)，此區(qū)域包括低多樣性中豐富度(組Ⅲ)與低多樣性低豐富度組(組Ⅳ)，除E2外其它樣地分布遠河道及河流未端處。

經過連續(xù)7a的輸水，2006年塔里木河下游平均地下水埋深5.3 m左右，在下游上段以及距離河道近處一般在3 m左右，該水位條件能夠滿足干旱區(qū)植被正常生長的需要，因此，地下水埋深對物種多樣性的影響下降。地下水埋深對物種多樣性的影響較小，不是制約物種多樣性的關鍵因子。2010平均地下水埋深超過6.5 m，此水位條件不能滿足根系較淺的草本植物的生長，地下水埋深成為影響物種多樣性的重要因子。

4 討論

生態(tài)安全是區(qū)域安全的基礎，物種多樣性的變化與生態(tài)系統(tǒng)的健康息息相關。塔里木河自2006年第8次應急輸水后直到2010年6月才進行第9次輸水，相對較長時間的輸水間歇檢驗塔里木河下游地區(qū)物種多樣性的影響如何，受損生態(tài)系統(tǒng)是否達到自維持水平是一個良好的機會。物種多樣性多項指標都表明，輸水停止后物種多樣性不斷下降，生態(tài)環(huán)境依然脆弱。各監(jiān)測斷面Shannon-Weiner指數從2006年到2010年總體上呈下降變化，只有阿克墩斷面和阿拉干斷面呈上升趨勢。究其原因，阿克墩斷面距離大西海子水庫最近，每次輸水阿克墩最先受到輸水的影響，受輸水影響的時間最長，所以水分條件最好，這里蘆葦茂密，很少有其它物種存在。2006年以后由于長期處于輸水的間歇，地下水埋深不斷增加，蘆葦高度、密度都大幅度下降，為其它物種的入侵提供了條件，所以物種多樣性呈增加變化。阿拉干斷面物種多樣性的增加則是由于靠近河道的第一個植物樣地植物物種從只有胡楊和檉柳兩種，由于在這里實施了人工撫育恢復，使得該斷面物種多樣性增加。

Simpson指數被認為是反映群落優(yōu)勢度較好的一個指標，其值下降說明物種由于環(huán)境的影響優(yōu)勢度降低。塔里木河下游的輸水始自2000年，到2002年，英蘇斷面物種多樣性Simpson指數已經上升到0.7，而2006年變成0.64，2010年基本沒有變化。依干布及麻斷面2002年Simpson指數是0.26，2006年上升至0.479，2010年又回落到0.363，說明輸水對物種多樣性的維持和保護具有積極意義，但輸水仍需進行。

β多樣性與α多樣性一起構成了總體多樣性或一定地段的生物異質性。反映β多樣性指標的Cody指數從2006年到2010年9個監(jiān)測斷面中有2個斷面為正值，6個斷面為負值，說明近70%斷面物種減少，說明塔里木河下游生態(tài)恢復的任務依然艱巨。

物種多樣性變化受水資源狀況的影響［45-47］，這在干旱區(qū)尤為顯著。塔里木河下游物種多樣性與地下水埋深及水質非參數相關性分析結果表明，2006年物種多樣性Shannon-Weiner指數、Marglef指數和Patrick指數都與地下水礦化度相關性顯著，各多樣性指數與地下水埋深的相關性都不顯著;2010年物種多樣性Shannon-Weiner指數、Patrick指數都與地下水埋深呈顯著相關，各多樣性指數與地下水礦化度相關性則不顯著。RDA排序結果進一步論證了非參數相關分析的結論。由此可見，水、鹽狀況對荒漠河岸林群落物種多樣性有著重要影響，但它們并非同時起作用，當水分極度匱乏的時候，即使水質狀況不好，也能滿足植被一定程度的需要，而水量條件不成為植物生長的限制因子的時候，水質對植被的制約作用開始顯現。

相關研究表明，塔里木河下游物種多樣性與地下水位變化有著密切的關系，地下水位對物種多樣性的變化起著主導作用［12，48］。劉加珍等將塔里木河下游地下水位按埋深劃分為6個梯度分析地下水位變化對植物物種多樣性的影響。發(fā)現草本植物豐富度受損發(fā)生在地下水埋深大于4 m，木本植物豐富度受損發(fā)生在地下水埋深大于8 m［49］。郝興明等研究發(fā)現，塔里木河下游地下水埋深2—4 m時，物種多樣性最高，其次為4—6 m，地下水埋深大于6 m，物種多樣性銳減，認為塔里木河下游物種多樣性受損的臨界地下水位為6 m左右［50-51］。張佳等研究表明:塔里木沙漠公路防護林下草本植物層片物種多樣性與地下水位與水質關系密切［52］;朱海勇等通過對塔里木河中游物種多樣性變化與環(huán)境因子關系分析發(fā)現，物種多樣性變化受地下水質狀況影響顯著［53］。從蒸發(fā)的角度看，當埋深大于4 m，水分蒸發(fā)就已經非常微弱［54］;從水質與地下水埋深關系看，地下水礦化度在埋深5 m左右時最?。?9］;從胡楊葉片脯氨酸含量看，當地下水埋深大于5 m時，脯氨酸含量急劇上升，表現處明顯受脅迫狀態(tài)［24］。本研究中，物種多樣性受地下水位影響較小的2006年的埋深為5.3 m左右，受地下水位制約較明顯的2010年的埋深大于6.5 m。因此，地下水埋深在5 m左右是塔里木河下游生態(tài)恢復的人工輸水條件下物種多樣性的合理水位，而地下水埋深大于6.5 m則是物種多樣性的脅迫水位。

5 結論

(1)在間歇性輸水停止的近4年時間里，塔里木河下游各監(jiān)測斷面物種多樣性Shannon-Weiner指數、Simpson指數、Margalef指數、Patrick指數以及Cody指數都以下降為主，而Peilou指數則呈增加變化，表明該區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)尚不具備自維持能力。

(2)塔里木河下游間歇性輸水停止后，地下水埋深從2006年的平均5.33 m增加到2010年的6.5 m，平均增加了1.17 m，即水位下降了1 m多;地下水礦化度增加幅度較小。

(3)地下水平均埋深為5 m左右時，物種多樣性主要受地下水質的影響，而當地下水平均埋深大于6.5 m時，物種多樣性的制約因子則為地下水位。所以，從物種多樣性角度看，塔里木河下游的合理水位應在5 m左右，大于6.5 m則是物種多樣性的脅迫水位。

［1］Ricklefs R E，Schluter D.Species diversity:regional and historical influences//Richlefs R E，Schluter，eds.Species Diversity in Ecological Communities:Historical and Geographical Perspectives.Chicago:The University of Chicago Press，1993:350-364.

［2］Ma K P.The measurement of community diversity//Qian Y Q，Ma K P，eds.Principle and Methods of Biodiversity Studies.Beijing:Chinese Science and Technology Press，1994:141-165.

［3］Cody M L.Towards a theory of continental species diversities:bird distributions over Mediterranean habitat gradients//Cody M L，Diamond J M，eds.Ecology and Evolution of Communities.Cambridge:Harvard University Press，1975:214-257.

［4］Pielou E C.Mathematical Ecology.New York:John Wiley and Sons Inc.，1977.

［5］Hong W，Wu C Z.Modification of Shannon-Wiener index.Journal of Tropical and Subtropical Botany，1999，7(2):120-124.

［6］Lin G J，Huang Z L，Zhu L，Ouyang X J.Beta diversity of forest community on Dinghushan.Acta Ecologica Sinica，2010，30(18):4875-4880.

［7］Zheng J K，Wei T X，Zheng L K，Da L Z，Chen Z F，Zhao J，Zhu W D，Sun H.Effects of landforms on α biodiversity in slope scale.Ecology and Environmental Sciences，2009，18(6):2254-2259.

［8］Yue T X.Studies and questions of biological diversity.Acta Ecologica Sinica，2001，21(3):462-467.

［9］Zhou H H，Chen Y N，Li W H.Response of species diversity to the variations in water resource in the Oasis-desert Transition Zone.Progress of Natural Sciences，2008，18(7):789-794.

［10］He F L，Li Z Y，Zhao M，Wei Q S，Guo S J，Wang D Z.Natural vegetation succession and soil water change in fallow salinization cropland in Minqin Oasis，Gansu Province.Journal of Desert Research，2010，30(6):1374-1380.

［11］Zheng T，Li W H，Li J G，Wan J H.Characters of community diversity in the oasis-desert transition zone in lower reaches of Tarim River.Journal of Desert Research，2009，29(2):241-247.

［12］Chen Y N，Zhang H F，Li W H，Chen Y P.Study on species diversity and the change of groundwater lavel in the lowes reaches of Tarim River，Xinjiang，China.Advance in Earth Sciences，2005，20(2):158-165.

［13］Yang Z H，E Y H，Fang E T，Liu H J，Ma Q L，Zhan K J.Response of plant species diversity to water resources change in Minqin Oasis Fringe.Journal of Desert Research，2007，27(2):278-282.

［14］Du Q，Shen H L，Wang J H.Plant community structure and species diversity of desert steppe in Ningxia.Chinese Journal of Ecology，2006，25(2):222-224.

［15］He Z B，Zhao W Z.Spatial pattern of two dominant shrub populations at transitional zone between oasis and desert of Heihe River Basin.Chinese Journal of Applied Ecology，2004，15(6):947-952.

［16］Zhao Y Z，Zhu Z Y，Liu Z L，Liang C Z，Wang W，Bao R N，Zhang T，Pei H.Analysis of plant diversity in oasis-deserta ecotone of North Xinjiang.Journal of Arid Land Resources and Environment，2003，17(1):100-109.

［17］Zhang L J，Yue M，Zhang Y D，Gu F X，Pan X L，Zhao G F.Characteristics of plant community species diversity of oasis desert ecotone in Fukang，Xinjiang.Scientia Geographica Sinica，2003，23(3):329-334.

［18］Chen Y J，Chen Y N，Liu J Z，Li W H，Li J，Xu C C.Dynamical variations in groundwater chemistry influenced by intermittent water delivery at the lower reaches of the Tarim River.Journal of Geographical Sciences，2005，15(1):13-19.

［19］Chen Y J，Zhou K F，Chen Y N，Li W H，Liu J Z，Wang T.Response of groundwater chemistry to water deliveries in the lower reaches of Tarim River，Northwest China.Environmental Geology，2008，53(6):1365-1373.

［20］Chen Y J，Chen Y N，Liu J Z，Zhang E X.Influence of intermittent water releases on groundwater chemistry at the lower reaches of the Tarim River，China.Environmental Monitoring and Assessment，2009，158(1/4):251-264.

［21］Li W H，Hao X M，Chen Y J，Zhang L H，Ma X D，Zhou H H.Response of groundwater chemical characteristics to ecological water conveyance in the lower reaches of the Tarim River，Xinjiang，China.Hydrological Processes，2010，24(2):187-195.

［22］Chen Y P，Chen Y N，Li W H，Xu C C.Characterization of photosynthesis of Populus euphratica grown in the arid region.Photosynthetica，2006，44(4):622-626.

［23］Chen Y N，Wang Q，Ruan X，Li W H，Chen Y P.Physiological response of Populus euphratica to artificial water-recharge of the lower reaches of Tarim River.Acta Botanica Sinica，2004，46(12):1393-1401.

［24］Chen Y N，Li W H，Chen Y P，Zhang H F，Zhuang L.Physiological response of natural plants to the change of groundwater level in the lower reaches of Tarim River，Xinjiang.Progress in Natural Science，2004，14(11):975-983.

［25］Wang Q，Ruan X，Chen Y N，Li W H.Eco-physiological response of Populus euphratica Oliv.to water release of the lower reaches of the Tarim River，China.Environmental Geology，2007，53(2):349-357.

［26］Zhuang L，Chen Y N.Physiological response of Tamarix ramosissima under water stress along the lower reaches of Tarim River.Chinese Science Bulletin，2006，51(9):1123-1129.

［27］Fu A H，Chen Y N，Li W H.Analysis on water potential of Populus euphratica oliv and its meaning in the lower reaches of Tarim River，Xinjiang.Chinese Science Bulletin，2006，51(Suppl):221-228.

［28］Zhang Y M，Chen Y N，Pan B R.Distribution and floristics of desert plant communities in the lower reaches of Tarim River，southern Xinjiang，People's Republic of China.Journal of Arid Environments，2005，63(4):772-784.

［29］Liu Y B，Chen Y N，Deng M J.Saving the“Green Corridor”:recharging groundwater to restore riparian forest along the lower Tarim River，China.Ecological Restoration，2007，25(2):112-117.

［30］Hao X M，Chen Y N，Li W H.Indicating appropriate groundwater tables for desert river-bank forest at the Tarim River，Xinjiang，China.Environmental Monitoring and Assessment，2009，152(1/4):167-177.

［31］Yuan S F，Chen Y N，Li W H，Liu J Z，Meng L H，Zhang L H.Analysis of the aboveground biomass and spatial distribution of shrubs in the lower reaches of Tarim River，Xinjiang，China.Acta Ecologica Sinica，2006，26(6):1818-1824.

［32］Liu J Z，Chen Y N，Li W H，Chen Y P.Analysis on the distribution and degraded succession of plant communities at lower reaches of Tarim River.Acta Ecologica Sinica，2004，24(2):379-383.

［33］Liu J Z，Chen Y N，Chen Y J，Zhang N，Li W H.Degradation of Populus euphratica community in the lower reaches of the Tarim River，Xinjiang，China.Journal of Environmental Sciences，2005，17(5):740-747.

［34］Zhang Y M，Chen Y N，Zhang X L.Plant communities and their interrelations with environmental factors in the lower reaches of Tarim River.Acta Geographica Sinica，2004，59(6):903-910.

［35］Chen Y N，Zhang X L，Zhu X M，Li W H，Zhang Y M，Xu H L，Zhang H F，Chen Y P.Analysis on the ecological benefits of the stream water conveyance to the dried-up river of the lower reaches of Tarim River，China.Science in China Series D:Earth Sciences，2004，47(11):1053-1064.

［36］Chen Y N，Zilliacus H，Li W H，Zhang H F，Chen Y P.Ground-water level affects plant species diversity along the lower reaches of the Tarim river，Western China.Journal of Arid Environments，2006，66(2):231-246.

［37］Xu H L，Ye M，Song Y D，Chen Y N.The natural vegetation responses to the groundwater change resulting from ecological water conveyances to the lower Tarim River.Environmental Monitoring and Assessment，2007，131(1/3):37-48.

［38］Ma X D，Li W H，Zhu C G，Chen Y N.Spatio-temporal variation in soil moisture and vegetation along the lower reaches of Tarim River，China.Acta Ecologica Sinica，2010，30(15):4035-4045.

［39］Yang Y H，Chen Y N，Li W H.Soil properties and their impacts on changes in species diversity in the lower reaches of Tarim River，Xinjiang，China.Acta Ecologica Sinica，2008，28(2):602-611.

［40］Zhang J T.Method of Quantitative Vegetation Ecology.Beijing:Technologic Public House of China，1995.

［41］Cody M L.Towards a theory of continental species diversity:birds distributions over Mediterranean habitat gradients//Cody M L，Diamond J M，eds.Ecology and Evolution of Communities.Cambridge:Harvard University Press，1975:214-257.

［42］Ricklefs R E，Schluter D.Species diversity:regional and historical influences//Richlefs R E，Schluter，eds.Species Diversity in Ecological Communities:Historical and Geographical Perspectives.Chicago:The University of Chicago Press，1993:350-364.

［43］Zheng D，Li W H，Chen Y P，Liu J Z.Relations between groundwater and natural vegetation in the arid zone.Resources Science，2005，27(4):160-167.

［44］Brochway D G.Forest plant diversity at local and landscape scales in the Cascade Mountains of southwestern Washington.Forest Ecology and Management，1998，109(1/3):323-341.

［45］Lite S J，Bagstad K J，Stromberg J C.Riparian plant species richness along lateral and longitudinal gradients of water stress and flood disturbance，San Pedro River，Arizona，USA.Journal of Arid Environments，2005，63(4):785-813.

［46］Riis T，Hawes I.Relationships between water level fluctuations and vegetation diversity in shallow water of New Zealand lakes.Aquatic Botany，2002，74(2):133-148.

［47］Zhang H F，Chen Y N，Li W H，Chen Y P.Grey incidence analysis between species diversity and groundwater level in the lower reaches of the Tarim River.Journal of Glaciology and Geocryology，2004，26(6):705-712.

［48］Liu J Z，Chen Y N，Li W H，Chen Y J.The process and mechanism of degradation of desert riparian vegetation.Acta Geographica Sinica，2006，61(9):946-956.

［49］Hao X M，Chen Y N，Li W H.The relationship between species diversity and groundwater table in the low reaches of the Tarim River，Xinjiang，China.Acta Ecologica Sinica，2007，27(10):4106-4112.

［50］Hao X M，Li W H，Chen Y N.Water table and the desert riparian forest community in the Lower Reaches of Tarim River，China.Journal of Plant Ecology，2008，32(4):838-847.

［51］Zhang J，Li S Y，Jin Z Z，Lei J Q.Relationship between species diversity of herbaceous plants in the shelterbelt and environment factors.Arid Zone Research，2011，28(1):118-125.

［52］Zhu H Y，Chen Y J，Liu J Z.Variations in species diversity with the gradients of depths and quality in groundwater at the middle reaches of Tarim River.Ecology and Environmental Sciences，2011，20(8/9):1226-1234.

［53］Zheng D，Li W H，Chen Y P，Liu J Z.Relations between groundwater and natural vegetation in the arid zone.Resources Science，2005，27(4):160-167.

參考文獻:

［2］馬克平.生物群落多樣性的測度方法 //錢迎情，馬克平.生物多樣性研究的原理與方法.北京:中國科學技術出版社，1994:141-165.

［5］洪偉，吳承禎.Shannon-Wiener指數的改進.熱帶亞熱帶植物學報，1999，7(2):120-124.

［6］林國俊，黃忠良，竺琳，歐陽學軍.鼎湖山森林群落β多樣性.生態(tài)學報，2010，30(18):4875-4880.

［7］鄭江坤，魏天興，鄭路坤，大林直，陳致富，趙健，朱文德，孫慧.坡面尺度上地貌對α生物多樣性的影響.生態(tài)環(huán)境學報，2009，18(6):2254-2259.

［8］岳天祥.生物多樣性研究及其問題.生態(tài)學報，2001，21(3):462-467.

［9］周洪華，陳亞寧，李衛(wèi)紅.綠洲-荒漠帶植物物種多樣性特征對水資源的響應.自然科學進展，2008，18(7):789-794.

［10］何芳蘭，李治元，趙明，尉秋實，郭樹江，王多澤.民勤綠洲鹽堿化退耕地植被自然演替及土壤水分垂直變化研究.中國沙漠，2010，30(6):1374-1380.

［11］鄭田，李衛(wèi)紅，李建貴，灣疆輝.塔里木河下游綠洲荒漠過渡帶群落多樣性特征分析.中國沙漠，2009，29(2):241-247.

［12］陳亞寧，張宏峰，李衛(wèi)紅，陳亞鵬.新疆塔里木河下游物種多樣性變化與地下水位的關系.地球科學進展，2005，20(2):158-165.

［13］楊自輝，俄有浩，方峨天，劉虎俊，馬全林，詹科杰.民勤綠洲邊緣物種多樣性對水資源變化的響應.中國沙漠，2007，27(2):278-282.

［14］杜茜，沈海亮，王季槐.寧夏荒漠草原植物群落結構和物種多樣性研究.生態(tài)學雜志，2006，25(2):222-224.

［15］何志斌，趙文智.黑河流域荒漠綠洲過渡帶兩種優(yōu)勢植物種群空間格局特征.應用生態(tài)學報，2004，15(6):947-952.

［16］趙一之，朱宗元，劉鐘齡，梁存柱，王煒，寶日娜，張韜，裴浩.新疆北部綠洲-荒漠過渡帶植物種類多樣性分析.干旱區(qū)資源與環(huán)境，2003，17(1):100-109.

［17］張林靜，岳明，張遠東，顧峰雪，潘曉玲，趙桂仿.新疆阜康綠洲荒漠過渡帶植物群落物種多樣性特征.地理科學，2003，23(3):329-334.

［31］袁素芬，陳亞寧，李衛(wèi)紅，劉加珍，孟麗紅，張麗華.新疆塔里木河下游灌叢地上生物量及其空間分布.生態(tài)學報，2006，26(6):1818-1824.

［32］劉加珍，陳亞寧，李衛(wèi)紅，陳亞鵬.塔里木河下游植物群落分布與衰退演替趨勢分析.生態(tài)學報，2004，24(2):379-383.

［34］張元明，陳亞寧，張小雷.塔里木河下游植物群落分布格局及其環(huán)境解釋.地理學報，2004，59(6):903-910.

［38］馬曉東，李衛(wèi)紅，朱成剛，陳亞寧.塔里木河下游土壤水分與植被時空變化特征.生態(tài)學報，2010，30(15):4035-4045.

［39］楊玉海，陳亞寧，李衛(wèi)紅.新疆塔里木河下游土壤特性及其對物種多樣性的影響.生態(tài)學報，2008，28(2):602-611.

［40］張金屯.植被數量生態(tài)學方法.北京:中國科學技術出版社，1995.

［47］張宏鋒，陳亞寧，李衛(wèi)紅，陳亞鵬.塔里木河下游物種多樣性與地下水位灰色關聯分析.冰川凍土，2004，26(6):705-712.

［48］劉加珍，陳亞寧，李衛(wèi)紅，陳永金.荒漠河岸植被的受損過程與受損機理分析.地理學報，2006，61(9):946-956.

［49］郝興明，陳亞寧，李衛(wèi)紅.新疆塔里木河下游物種多樣性與地下水位的關系.生態(tài)學報，2007，27(10):4106-4112.

［50］郝興明，李衛(wèi)紅，陳亞寧.新疆塔里木河下游荒漠河岸(林)植被合理生態(tài)水位.植物生態(tài)學報，2008，32(4):838-847.

［51］張佳，李生宇，靳正忠，雷加強.防護林下草本植物層片物種多樣性與環(huán)境因子的關系.干旱區(qū)研究，2011，28(1):118-125.

［52］朱海勇，陳永金，劉加珍.塔里木河中游水鹽梯度下的物種多樣性研究.生態(tài)環(huán)境學報，2011，20(8/9):1226-1234.

［53］鄭丹，李衛(wèi)紅，陳亞鵬，劉加珍.干旱區(qū)地下水與天然植被關系研究綜述.資源科學，2005，27(4):160-167.